دیده گستران

برنامه ریزی و طراحی شبکه ( بخش اول )

CCNA : برنامه ریزی و طراحی شبکه ( بخش اول )

 ‍CCNA ( برگرفته از Cisco Certified Network Associate ) اولین مدرک معتبر شرکت سیسکو در رابطه با شبکه است که می توان آن را پیش نیاز سایر مدارک این شرکت در نظر گرفت . علاقه مندان به دریافت این مدرک می بایست توانائی خود را در چهار زمینه زیر افزایش دهند :

برنامه ریزی و طراحی

پیاده سازی و عملیات

اشکال زدائی

فناوری

در بخش برنامه ریزی و طراحی می بایست بر روی موارد زیر متمرکز و دانش خود را افزایش داد .

طراحی یک شبکه محلی ساده با استفاده از فناوری سیسکو

طراحی یک مدل آدرس دهی IP منطبق بر طراحی شبکه

انتخاب یک پروتکل روتینگ مناسب

طراحی یک ارتباط بین شبکه ای ساده با استفاده از فناوری سیسکو

پیاده سازی یک لیست دستیابی منطبق بر نیاز کاربران

انتخاب سرویس های WAN منطبق بر نیاز مشتریان

بخش عمده ای از آزمون CCNA ، صرفا" مربوط به پیکربندی دستگاه های شبکه ای نمی باشد و به مواردی قبل از پیکربندی و اشکال زدائی اشاره دارد . در مجموعه مطالبی که بدین منظور آماده و بر روی سایت منتشر خواهد شد به بررسی مسائلی‌ نظیر فرآیند طراحی شبکه ، اتخاذ تصمیم در خصوص استفاده از دستگاه های شبکه ای ، آدرس دهی IP و انتخاب پروتکل های روتینگ خواهیم پرداخت .

بخش اول : طراحی یک شبکه محلی ساده با استفاده از فناوری سیسکو

شبکه های محلی ( LAN ) اساس کار هر نوع ارتباط بین شبکه ای می باشند . در واقع یک ارتباط بین شبکه ای ، ماحصل اتصال مجموعه ای از شبکه های محلی به یکدیگر است . برای ایجاد یک شبکه محلی می توان از مجموعه ای دستگاه های شبکه ای ( نظیر سوئیچ ، روتر و هاب ) و فناوری استفاده نمود . با استفاده از دستگاه های فوق ، می توان هاست های متعددی را به یکدیگر متصل و یک شبکه محلی را ایجاد نمود . در ادامه و در صورت ضرورت می توان یک شبکه محلی را به شبکه محلی دیگر متصل تا یک ارتباط بین شبکه ای ایجاد گردد .

تعداد شبکه ها و ضرورت استفاده از آنها در سالیان اخیر به شدت رشد یافته است . شبکه های امروزی می بایست به منظور تامین طیف گسترده ای از خواسته ها نظیر اشتراک داده و یا چاپگر و درخواست هائی خاص نظیر ویدئو کنفرانس دارای سرعتی قابل قبول و مناسب باشند . علاوه بر ضرورت به اشتراک گذاشتن منابع بر روی یک شبکه این نیاز بیش از گذشته احساس می شود که بتوان شبکه های متعددی را به یکدیگر متصل تا کاربران آنها بتوانند از منابع موجود بر روی هر شبکه استفاده نمایند .

همواره این احتمال وجود دارد که مجبور شویم یک شبکه بزرگ را به چندین شبکه کوچکتر تقسیم نمائیم . چراکه به موازات رشد شبکه و افزایش ترافیک آن ، زمان پاسخ به کاربران بتدریج کاهش خواهد یافت . افزایش ترافیک و یا شلوغی شبکه ( Congestion ) یکی از مسائل مهم در شبکه های کامپیوتری است که عوامل مختلفی در ایجاد آن موثر می باشند :

وجود هاست های فراوان در یک broadcast domain

Broadcasts بیش از اندازه

Multicasting

پهنای باند کم و نارسا

استفاده از هاب برای ارتباطات شبکه

 وجود حجم بالائی از ترافیک ARP و یا IPX (پروتکل روتینگ شرکت ناول که نظیر IP است ولی به شدت پرحرف ! است )

برای حل مشکلات فوق و کاهش بار ترافیکی شبکه می توان یک شبکه بزرگ را به چندین شبکه کوچکتر تقسیم نمود . به این کار segmentation گفته می شود و برای تحقق آن از روتر ، سوئیچ و bridge استفاده می گردد .

روتر

از روترها برای اتصال شبکه ها و مسیریابی بسته های اطلاعاتی از یک شبکه به شبکه دیگر استفاده می گردد . روترها به صورت پیش فرض باعث تفکیک broadcastdomain می گردند . به مجموعه ای از دستگاه های موجود بر روی یک شبکه که به broadcast ارسالی بر روی سگمنت گوش می دهند ، broadcast domain گفته می شود . تفکیک broadcast domain در یک شبکه بسیار حائز اهمیت است چراکه پس از ارسال broadcast توسط یک هاست و یا سرویس دهنده ، هر دستگاه موجود در شبکه می بایست آن را دریافت و پردازش نماید . در صورت استفاده از روتر ، زمانی که اینترفیس آن یک broadcast را دریافت می نماید ، می تواند آن را بدون نیاز فورواردینگ به شبکه دیگر ، دور بیاندازد .

با این که روترها به صورت پیش فرض به عنوان دستگاه هائی جهت تفکیک broadcast domain مطرح و شناخته شده می باشند ولی لازم است به این نکته مهم نیز توجه گردد که روترها قادر به تفکیک collision domains نیز می باشند . برای کاهش ازدحام و یا شلوغی شبکه توسط روتر از روش های متعددی استفاده می گردد:

 روترها به صورت پیش فرض broadcast را فوروارد نمی نمایند ( سوئیچ و bridge این کار را انجام نمی دهند )

 روترها قادر به فیلترینگ شبکه بر اساس اطلاعات لایه سه می باشند ( مبتنی بر آدرس های IP ) . سوئیچ و bridge این کار را انجام نمی دهند .

از روترها در شبکه برای تامین اهداف زیر استفاده می گردد :

سوئیچینگ بسته های اطلاعاتی

فیلترینگ بسته های اطلاعاتی

ارتباطات بین شبکه ای

انتخاب مسیر و یا مسیریابی

سوئیچ

از سوئیچ های LAN برای ارتباطات بین شبکه ای استفاده نمی‌گردد . در مقابل ،‌ از این نوع دستگاه های شبکه ای برای افزودن قابلیت های جدید به یک شبکه محلی استفاده می شود . مهمترین هدف از بکارگیری سوئیچ ، بهبود کارکرد شبکه های محلی ( بهینه سازی کارآئی) از طریق ارائه پهنای باند بیشتر برای کاربران شبکه است. سوئیچ ها نظیر روتر بسته های اطلاعاتی را به سایر شبکه ها فوروارد نمی نماید . در مقابل ، آنها صرفا" فریم ها را از یک پورت به پورت دیگر فوروارد می نمایند . سوئیچ ها نمی توانند فریم ها را بین شبکه ها فوروارد نمایند و صرفا" می توانند حامل فریم ها برای روترها باشند تا توسط روترها به سایر شبکه ها فوروارد گردند .
به صورت پیش فرض ، سوئیچ ها باعث تفکیک ‍Collision domain در یک شبکه می شوند . Collision domain ، یک اصطلاح اترنتی است که از آن به منظور تشریح سناریوی زیر در یک شبکه استفاده م‍ی گردد :

 یک دستگاه خاص اقدام به ارسال یک بسته اطلاعاتی بر روی یک سگمنت شبکه می نماید و این تاکید را دارد که سایر دستگاه های موجود در سگمنت به آن توجه نمایند و در همان زمان دستگاهی دیگر در شبکه سعی در ارسال داده می نماید. وضعیت فوق یک collision را در سگمنت ایجاد می نماید .در زمان بروز collision ، هر دو دستگاه می بایست مجددا" و پس از طی یک زمان تصادفی اقدام به ارسال مجدد داده نمایند . بدیهی است که ماهیت collision بگونه ای است که در نهایت کاهش کارآئی یک شبکه را به دنبال خواهد داشت .

با توجه به این که هاب صرفا" یک collision domain و یک broadcast domain را ارائه می نماید ،‌ استفاده از آن کارآئی شبکه را به شدت کاهش می دهد . در اینچنین شبکه هائی ، هر هاست موجود در سگمنت به یکی از پورت های هاب متصل می گردد . در مقابل ، هر پورت موجود در یک سوئیچ collision domain مربوط به خود را ارائه می نماید . در واقع ، سوئیچ ها collision domain جداگانه ای را ایجاد می نمایند ولی صرفا" یک broadcast domain را ارائه می نمایند. روترها broadcast domain جداگانه ای را ایجاد می نمایند .

bridge

از واژه bridging قبل از پیاده سازی هاب و روتر ، استفاده می گردید . بنابراین طبیعی است که برخی افراد از bridge به عنوان سوئیچ یاد کنند . در واقع ، سوئیچ و bridge دارای عملکردی مشابه می باشند ( کلیات کار ) . دو دستگاه فوق ، collision domain در یک شبکه محلی را تفکیک می نمایند . این بدان معنی است که سوئیچ اساسا" یک bridge چندین پورت با قدرک اداراک بیشتری است . علی رغم وجود شباهت های زیاد بین سوئیچ و bridge ، تفاوت هائی نیز در این رابطه وجود دارد . به عنوان نمونه سوئیچ ها به منظور انجام وظایف خود دارای امکانات مدیریتی و قابلیت های پیشرفته ای می باشند . در اغلب موارد bridge صرفا" دارای یک ، دو و یا چهار پورت می باشد.
از bridge زمانی در شبکه استفاده می شود که هدف کاهش collision در broadcast domain و افزایش collision domain در شبکه است . در چنین وضعیتی bridge پهنای باند بیشتری را برای کاربران ارائه می نماید. یکی از مزایای اولیه bridging ، افزایش پهنای باند قابل دسترس بر روی یک سگمنت شبکه است ، چراکه با این کار تعداد دستگاه های موجود در یک collision domain کاهش می یابد .

استفاده از روتر ، سوئیچ و bridge در شبکه

 شکل زیر نحوه استفاده از تجهیزات شبکه ای فوق را در یک شبکه فرضی نشان می دهد . در شکل فوق سه شبکه فرضی ( شبکه متصل شده از طریق هاب در قسمت پائین شکل ، شبکه متصل شده از طریق سوئیچ در قسمت سمت چپ شکل و شبکه متصل شده از طریق bridge در قسمت بالای شکل ) از طریق روتر به یکدیگر متصل شده اند .

توضیحات :

 همانگونه که در شکل فوق مشاهده می نمائید از روتر در مرکز شبکه استفاده شده است . علت این کار استفاده از فناوری های قدیمی تر نظیر هاب و bridge است . در صورتی که صرفا" از سوئیچ استفاده گردد ، در سناریوی فوق تغییرات عمده ای ایجاد خواهد شد .

 در شبکه های جدید می توان سوئیچ را در مرکز شبکه قرار داد و از روتر برای اتصال شبکه های منطقی به یکدیگر استفاده نمود . در صورتی که قصد پیاده سازی اینچنین شبکه هائی را داشته باشیم ، می بایست شبکه های محلی مجازی ( VLANs ) را ایجاد نمود .

در قسمت بالای شکل فوق از یک bridge استفاده شده است تا به کمک آن هر دو هاب به روتر متصل شوند . همانگونه که در متن این مقاله اشاره گردید ، bridge باعث تفکیک collision domain می گردد ولی تمامی هاست های متصل شده به هر دو هاب همچنان در یک broadcast domain مشابه قرار می گیرند . همچنین ، bridge فوق صرفا" دو collision domain را ایجاد کرده است . بنابراین هر دستگاه متصل شده به یک هاب در یک collision domain مشابه قرار می گیرد .

 در قسمت پائین شکل فوق ، سه عدد هاب متصل شده به هم به روتر متصل شده اند . وضعیت فوق باعث ایجاد یک collision domain بزرگ و یک broadcastdomain بزرگ می شود ( یک بهم ریختگی بزرگ ) .

 بهترین شبکه متصل شده به روتر ،‌ شبکه متصل شده از طریق سوئیچ موجود در قسمت سمت چپ شکل فوق است . چرا ؟ چون هر پورت موجود بر روی سوئیچ باعث تفکیک collision domain می گردد. ولی این یک وضعیت مطلوب نمی باشد چون تمامی دستگاه ها همچنان در یک broadcast domain مشابه قرار داشته و می بایست به تمامی broadcast ارسالی گوش فرا دهند و اگر broadcastdomain خیلی بزرگ باشد ، کاربران پهنای باند کمتری را داشته و می بایست broadcast بیشتری را پردازش نمایند . ماحصل این وضعیت ، کاهش زمان پاسخ شبکه به کاربران خواهد بود .

 بهترین شبکه ، شبکه ای است که به درستی پیکربندی و منطبق بر نیاز یک سازمان باشد . سوئیچ ها به همراه روترها زمانی که به درستی در یک شبکه کنار هم قرار داده شوند ، طراحی شبکه بهترین وضعیت ممکن را پیدا خواهد کرد .

 در شبکه فوق ، نه collision domain و سه broadcastdomain وجود دارد .

مشاهده broadcast domain در شکل فوق ساده است چراکه روتر به صورت پیش فرض broadcast domain را تفکیک می نماید و از آنجائی که روتر فوق دارای سه اتصال است ، سه broadcast domain ایجاد می گردد .

 مشاهده collision domain در شکل فوق به سادگی broadcast domain نمی باشد. تمامی شبکه متصل شده از طریق هاب دارای یک collision domain است . شبکه متصل شده از طریق bridge شامل سه collision domain و شبکه متصل شده از طریق سوئیچ شامل پنج collision domain است ( یکی برای هر پورت سوئیچ ) . بنابراین در مجموع نه collisiondomain در شبکه فوق وجود دارد .